Badania genetyczne
w chorobach
wieloczynnikowych
Badania genetyczne
w chorobach
wieloczynnikowych
Wielogenowe/ Wieloczynnikowe
• interakcja wielu genów
• wiele czynników (w tym środowiskowych) +
podatność na te czynniki uwarunkowana genami
wielogenowe
AR
AD
Wpływ środowiska
Choroby wielogenowe
• Niektóre choroby będące efektem wielu
genów:
– Miażdżyca
– Nadciśnienie
– Cukrzyca
– Nowotwory
– Choroby neurodegeneracyjne (Alzheimer, …)
– Immunologiczne (RZS, SM, ...)
– … wiele, wiele innych.
Freq
1p32.2
PPAP2B
0,91
rs17114036
1,17
1q41
MIA3
0,72
rs17465637
1,14
2q33.1
WDR12
0,14
rs6725887
1,17
3q22.3
MRAS
0,15
rs9818870
1,15
6p21.31
ANKS1A
0,75
rs17609940
1,07
6p24.1
PHACTR1
0,65
rs12526453
1,12
6q23.2
TCF21
0,62
rs12190287
1,08
6q25.3
LPA
0,07
rs10455872
1,7
7q22.3
BCAP29
0,74
rs10953541
1,08
7q32.2
ZC3HC1
0,62
rs11556924
1,09
10q11.21
CXCL12
0,84
rs1746048
1,17
11q22.3
PDGFD
0,22
rs974819
1,07
13q34
COL4A1/2
0,44
rs4773144
1,07
14q32.2
HHIPL1
0,43
rs2895811
1,07
15q25.1
ADAMTS7
0,57
rs3825807
1,08
15q25.1
ADAMTS7
0,65
rs4380028
1,07
17p11.2
SMCR3
0,56
rs12936587
1,07
17q21.32
GIP
0,53
rs46522
1,06
19p13.2
LDLR
0,75
rs1122608
1,15
21q22.11
MRPS6
0,13
rs9982601
1,2
9p21.3
ANRIL
0,56
rs4977574
1,29
aortic/intracranial aneurysm
1p13.3
SORT1
0,81
rs646776
1,19
lipid traits
1p32.3
PCSK9
0,81
rs11206510
1,15
lipid traits
6p21.33
HLA-C
0,56
rs3869109
1,14
lipid traits
6q25.3
LPA
0,02
rs3798220
1,92
lipid traits
11q23.3
APOA5
0,13
rs964184
1,13
lipid traits
10p11.23
KIAA1462
0,43
rs2505083
1,08
non-alcoholic fatty liver disease
9q34.2
ABO
0,21
rs579459
1,1
fytosterol level, venous thromboembolism etc.
10q23.2
LIPA
0,37
rs1412444
1,1
blood pressure
10q24.32
CYP17A1
0,89
rs12413409
1,12
blood pressure, intracranial aneurysm
9p21.3
MTAPe
0,59
rs7865618
1,18
diabetes
17p13.3
SMG6
0,37
rs216172
1,07
diabetes
OR
Other associations inlc. those
with TRF
locus
Gene
SNP
Niezależne czynniki ryzyka
CHD zidentyfikowane przez
GWAS w populacji
kaukaskiej
(modified from Prins et al. Atherosclerosis
2012)
Single gene
vs.
Polygenic
(
multifactorial
) diseases
!!! Other methods of analysis are needed !!!
Jednogenowe
Wielogenowe
(wieloczynnikowe)
Rare
Frequent
Rare
Frequent variants
Single
Multiple loci
High (~1)
Very low penetrance
(ambiguosus net adverse
effect)
Multiplex families freq.
Very rare
Clearly
Not so clearly pathogenic
Idealne badanie wpływu genu
na występowanie choroby
• W populacji każdy jest typowany i klasyfikowany
jako posiadający dany genotyp lub nie
• Występowanie choroby jest monitorowane
przez długi czas (najlepiej całe życie)
• Częstość choroby jest porównywana w obu
grupach
Genotyp (+)
Genotyp (-)
Idealne badanie -
przykład
Porównanie ryzyka (R) wśród osób
z danym genotypem i bez niego
•
Różnica
• Iloraz (
ryzyko względne, RR)
• Przykład: jeśli choroba wystąpiła u 26% z badanym
genotypem, a w pozostałej grupie wśród 15%
–
Różnica ryzyka = 26% - 15% = 11%
– Iloraz ryzyka (RR) = 26/15 = 1,7
Co lepsze: różnica czy iloraz?
•
Różnica - bezwzględna miara roli genotypu
w patogenezie choroby
– Jest to przydatne w ocenie np. liczby osób, które
chorują ,,z powodu” genotypu, może być istotne
w planowaniu działań zapobiegawczych.
• Iloraz –
względna miara roli genotypu
w patogenezie choroby
– Lepiej oddaje silę efektu genotypu na rozwój
choroby, bardziej przydatna w badaniach
podstawowych nt. etiopatogenezy
Jeśli choroba jest rzadka
różnica ryzyka
(miara bezwzględna) może być
mała, ale
iloraz
(RR, miara względna) może być
duży
•
Przykład:
Wśród osób z genotypem ryzyko = 1,5%, wśród
pozostałych = 0,3%
–Iloraz (RR) = 1,5/0,3 = 5,0
–Różnica = 1,5 – 0,3 = 1,2%
Chorzy
a
c
d
(a + b)
(c + d)
Genotyp (-)
b
obserwacja
Względne ryzyko =
proporcja częstości choroby wśród osób z genotypem
do częstości choroby wśród osób bez genotypu
Zdrowi
Chorzy
Zdrowi
Tab
ela podsumowująca
powiązanie genotypu i choroby
Choroba
Tak
Nie
Tak
Nie
a
b
c
d
a + b
c + d
c
a
RR =
Względne ryzyko (RR)
wśród osób z genotypem
(względem osób bez genotypu)
Szanse (odds)
Szanse (Odds):
szczególny przypadek
ilorazu prawdopodobieństw
(Likelihood ratio)
bardzo popularnego
w genetyce i statystyce
Prawdopodobieństwo vs. szanse
• Prawdopodobieństwo (P) liczba z przedziału 0-1
określająca częstość pewnego zdarzenia przy
nieskończonej liczbie powtórzeń
• Szanse (odds) - opisują prawdopodobieństwo jako
iloraz:
Szanse = p / (1
− p)
Szanse są zawsze >P (P dzieli się przez liczbę <1)
• Na przykład: jeśli
prawdopodobieństwo
zachorowania wynosi
1/5 to szanse zachorowania
wynoszą: (1/5) / (4/5) = 1/4
Iloraz szans (OR, odds ratio) dla
wystąpienia choroby w obecności
danego genotypu
• Szanse = p / (1−p), zatem:
• szanse choroby wśród osób z genotypem to:
(częstość choroby wśród osób z genotypem) /
(1 -
częstość choroby wśród osób z genotypem)
• Podobnie, szanse choroby wśród osób bez genotypu
to:
(częstość choroby wśród osób bez genotypu) /
(1 -
częstość choroby wśród osób bez genotypu)
Iloraz tych szans to tzw.
iloraz szans (odds ratio, OR)
Iloraz szans (OR) dla choroby
wśród osób
z genotypem
względem osób bez genotypu
Choroba
Tak
Nie
Tak
Nie
a
b
c
d
a + b
c + d
c
a
OR =
a
a + b
1
−
c
c + d
1 −
Jeśli choroba jest rzadka
zarówno wśród osób z genotypem,
jak i wśród osób bez genotypu,
RR i OR
są bardzo podobne
Przykład: występowanie RZS
wśród osób z HLA-DR4 = 0,018,
a wśród pozostałych = 0,003
RR = 0,018/0,003 = 6,0
OR = 0,01833/0,00301 = 6,09
,,Rzadka” w praktyce oznacza ok. <10%
Jeśli choroba jest względnie częsta,
RR i OR
są różne
Przykład:
Ryzyko przy obecności genotypu = 0,6
i ryzyko przy braku genotypu = 0,1
to:
RR = 0,6/0,1 = 6,0
OR = (0,6/0,4) / (0,1/0,9) = 13,5
,,Rzadka” w praktyce oznacza <10%
,,Częsta” w praktyce oznacza >10%
Formalnie
OR = RR x (1
−
częstość gen(-)
) / (1
−
częstość gen(+)
)
Jeśli
częstość gen(-)
i
częstość gen(+)
<< 1,
ich iloraz : ~1/1=1
W praktyce za wartość graniczną przyjmuje się 10%
Przykładowe badanie
Genotyp (+)
Genotyp (-)
7
493
4
496
Choroba
Na przykładzie poniżej dla oceny RR
choroby kluczowa jest proporcja 7/4
(
obarczona znacznym błędem)
7
493
4
496
Choroba
+ -
RR=(7/500) / (4/500)
RR=7/4
W praktyce błąd można zmniejszyć
zwiększając grupę chorych
7
493
4
496
Choroba
+ -
+
700
493
400 496
Choroba
+
707
493
404
496
Choroba
+ -
=
RR=1,76
OR=1,75
RR=1,31
OR=1,75
RR zmienia się istotnie
ale
OR pozostaje bez zmian
!
Ustalenie OR jest zwykle
łatwiejsze
Ogólnie:
OR dla choroby = OR dla genotypu
a + b
c + d
c
a
OR
chor.
=
a
a + b
1 -
c
c + d
1 -
=
a
a + b
b
a + b
c
c + d
d
c + d
a
b
c
d
=
=
ad
bc
Iloraz szans (OR) obliczony
dla
występowania choroby
wśród osób z i bez genotypu
Iloraz szans (OR) obliczony
dla
występowania genotypu
wśród chorych i zdrowych
Choroba
Tak
Nie
Tak
Nie
a
b
c
d
a + c
b + d
b
a
OR
gen.
=
a
a + c
1 -
b
b + d
1 -
Iloraz szans (OR) obliczony
dla
występowania genotypu
wśród chorych i zdrowych c. d.
a + c
b + d
b
a
OR
gen.
=
a
a + c
1 -
b
b + d
1 -
=
a
a + c
c
a + c
b
b + d
d
b + d
a
c
b
d
=
=
ad
bc
Podsumowanie
• Względne ryzyko (RR) jest preferowaną miarą
siły powiązania genotypu i choroby istotną w
ocenie ryzyka u pacjenta
• W praktyce łatwiej jest ustalić iloraz szans (OR)
• Iloraz szans (OR) stanowi dobre przybliżenie
względnego ryzyka jeśli choroba występuje
stosunkowo rzadko (<10%) zarówno u osób
z genotypem jak i bez.
Problemy z grupą kontrolną
• Wykorzystanie rodziców (TDT –
transmission disequilibrium test,
test nierównowagi transmisji)
• Wykorzystanie odstępstw od prawa
Hardy’ego-Weinberga
2.) HWE mapping
34
1.)
Association
Dziękuje za uwagę !
OR dla choroby = OR dla genotypu
a + c
b + d
b
a
OR
gen.
=
a
a + c
1 -
b
b + d
1 -
=
a
a + c
c
a + c
b
b + d
d
b + d
a
c
b
d
=
=
ad
bc
Co ważne !
Iloraz szans (OR) dla choroby
wśród osób z
genotypem względem osób bez genotypu cd.
a + b
c + d
c
a
OR
chor.
=
a
a + b
1 -
c
c + d
1 -
=
a
a + b
b
a + b
c
c + d
d
c + d
a
b
c
d
=
=
ad
bc